Štolový vodovodní přivaděč z vodní nádrže Želivka do Prahy

Shybka Sázava

Pro ražbu štolového podchodu Sázavy byla nejprve vyhloubena těžní jáma o průměru 3,3 m, hluboká celkem 54 m. Z toho volná hloubka, která sloužila v začátku jako čerpací stanice, měla 11 m. Z jámy pak byla ražena štola na obě strany směrem k portálům přivaděče. Na konci obou větví byly vyraženy komíny ústící na povrchu u portálů štol.

Směrem k levém břehu procházela štolová část celkem soudržnou horninou v délce 241,9 m. Výška komína u portálu činila 74 m.

Nejobtížnější částí celé shybky byla její druhá větev, dlouhá 233,5 m, kterám podchází údolní nivu vlastního řečiště v délce 120 m.

Z výsledku geologického průzkumu, který byl upřesněn dvěma vrty ZL 1 a ZL 3 a doplněn několika mělkými vrty a kopanými sondami, vyplývá, že oblast, v níž měla být shybka ražena, je budována metamorfovanými horninami a granodioritem sázavského typu s žilnými horninami. Rozhraní mezi touto geologickou strukturou a plutonem s jeho žilnými diferenciály probíhá převážně v místech pravého břehu přibližně rovnoběžně s řekou. Podle zjištění vrtnými pracemi se právě tato oblast jevila nejsilněni exponována, komplikovaná soustavou severojižních zlomů. Výplň zlomů o mocnosti kolem 1 m byla tvořena tufogenními horninami s vložkami metabazitů, kvarcitů, hybridních hornin, lampofýrů, pegmatitů a aplitů. Horniny se charakterově jevily značně narušené rozpukáním a rozdrcením. zastižené vodonosné úseky byly reprezentovány převážně jemně až středně zrnitými, silně kavernózními granodiority a horninami s brekciovou strukturou a tufovým tmelem. Ohlazy zlomů byly vyplněny jílovitými vložkami. Propustnost jílů nemohla být v tomto stadiu průzkumu ověřena, právě tak jako velikost a četnost kaveren. Později při předvrtávání čelby horizontálním jádrovým vrtem byl například zastižen vodonosný úsek, kde výron z vrtu stoupl o 420 minutových litrů na dva metry vrtu.

Bylo rozhodnuto upřesňovat tři hlavní zlomová pásma, u nichž nebylo možno vyloučit předpoklad eventuální vodní komunikace s řečištěm, s postupem ražby doplňkovým geol. průzkumem horizontálními jádrovými vrty. Průzkumem měl být zárověň ověřován průběh a sled narušení zlomové oblasti pod řečištěm, kde celá zóna byla tvořena horninami silně náchylnými k vývalům.

Stanovený postup ražby a doplňkového průzkumu byl orientován tak, aby v každém případě bylo zabráněno třeba jen náznaku vývalu. Vzhledem k malé mocnosti zdravého, exogenními vlivy nepostiženého nadloží štoly pod řečištěm mohlo by narušení stropu způsobit přímou vodní komunikaci mezi štolou a řečištěm.

schéma situace shybky
Podrobný výkres situace shybky pod Sázavou

Ražba shybky

S přihlédnutím k uvedeným skutečnostem byla ražba horizontální části štolové shybky rozdělena do několika etap.

  1. Od jámy, v jejíž volné hloubce byla zřízena čerpací stanice, probíhala ražba v komplexu amfibolitů, metabazitů a kvarcitů, hornině slabě zbřidličnatělé, velmi tvrdé, mírně až středně rozpukané. Vložky a polohy metabazitů byly silně tektonicky postiženy s hojnými ohlazy a v důsledku hydrotermálních přeměn byly náchylné k opadávání. Přesto ražba směrem k pravému břehu probíhala bez potíží. Po celé délce byla budována TH výztuž s intervalem 1 m, s pažením po celém obvodu železobetonovými pažnicemi. Povrch pažení byl zatorkretován a volné prostory za pažením byly vyplněny maltováním. Ražba druhé čelby směrem k řečišti probíhala za stejných podmínek cca 50 m od jámy.
  2. Na 52,3 m od okraje jámy byla čelba zastavena a v ose štoly byl provrtán první horizontální průzkumný vrt (GP 1) průměru 56 mm. Po dosažení délky 59,1 m byl z technických a geologických důvodů zastaven. Vrt byl navrtán pod elevačním úhlem 2 st. diamantovou korunkou bez pažení. Během vrtání bylo po každém odvrtaném metru kontrolováno výtokové množství a měřen tlak vodního sloupce. Po desetinetrových intervalech byly odebírány vzorky na chemickou analýzu vody a srovnávány s chemismem říční vody. Od 40 m vrtu byla měřena i teplota výtokové vody a porovnávána s vodou Sázavy. Z poruchových pásem byly odebírány vzorky tektonického jílu a dodávény do laboratoře Geochemického ústavu ČVUT v Praze. Mocnost navrtaných poruch se pohybovala mezi 20 – 80 cm. Ražba tuto prognózu později potvrdila. Přítoky vody se s přibližováním vrtu k řečišti zvětšovaly od 22 l/min. do 113 l/min. Z průběhu křivky tlaku i z ostatních zkoušek bylo jasné, že vrt GP 1 nezastihl ve svém průběhu žádnou linii možné přímé komunikace řeka – shybka. Jílová výplň tektonické struktury se ukázala pro vodu relativně nepropustná. Na záladě výsledků vrtu GP 1 a spřihlédnutím k měření výšky nadloží v silně exponované pozici údolí Sázavy a k  nevýrazným liniím styků hornin okolí tektonických poruch byl stanoven další postup ražby.
  3. Výztuž štoly byla dotahována až na bezprostřední blízkost čelby na 40 – 50 cm. Délka zabírky pro odpal byla zkrácena na 1 m, iniciace náloží byla prováděna milisekundovými elektrickými rozbuškami. Před každým odpalem bylo nařízeno předvrtávání dvěma vrty na délku 5 m. Nadloží bylo injektováno. Z hlediska fyzikálních vlastností hornin lze tuto část štoly charakterizovat jako silně rozpukaný a u metabazitů silně zbřidličnatělý úsek. Tufobrekcie, s kterými se ražba dosud nikde nesetkala, se jevily jako měkké a nepříliš pevné horniny. Přítoky vod poklesly za 7 týdnů na 53,1 l/min.. Průměrné postupy čelby činily na jeden odpal 0,87 m. Tímto způsobem postoupila čelba do vzdálenosti 89 m od jámy, tj. asi 10 m před kolmý průmět začátku řečiště ke štole.
  4. V této vzdálenosti byla čelba znovu zastavena a založen druhý horizontální vrt GP 2. Projektovaný stometrový průzkumný vrt Craelius dosáhl délky pouze 67 m. Po provrtání četných poruchových pásem havaroval a pro několikanásobný lom soutyčí nebylo možno havárii likvodovat. Do délky 51 m bylo vrtáno úvodní kolonou 76 mm, dovrtání bylo realizováno v průměru 59 mm. Během vrtání byl měřen hydrostatický tlak vodního sloupce a výtokové množství po 1 m. Z vrtného profilu je patrno velké množství zlomových poruch. Podstatnou součástí všech poruch byl tektonický jíl zbarvený hematitem do temně červené barvy. Ražba ukázala, že se převážně jednalo o poruchy s kombinovanou výplní, kde se střídaly partie jílu a drcené horniny. Analýza vody, jejíž množství stouplo až na 235 l/min., se prováděla obdobně jako u vrtu GP 1. Přítoky vody byly v převážné míře vázány na kontakty poruch vesměs tamponovaných tektonickým jílem. Od 50 m vrtu se přítoky vlivem převrtaných poruchových pásem opět začaly zvětšovat a v úseku 65 – 66 se přítok svým náhlým přírůstkem rovnal prakticky průvalu. V tomto místě bylo podezření na větší nádrž podzemní vody a nebyla ani vyloučena možnost přímé komunikace s vodami v říčních nánosech.
  5. Za těchto okolností nebyla další ražba povolena a byl nařízen další vrt GP 3 na ověření skalního nadloží. Vrt byl založen 1 m pod stropem a veden dovrchním směrem pod újlem 12 st od horizontální osy, ve směru přivačeče. Úvodní kolona měla průměr 76 mm. Jádro se navrtávalo po 0,5 m, kdy se měřio také výtokové množství vody a tlk vodního sloupce. Bylo nařízeno zaznamenávat všechny změny v barvě výplachu, případně jeho ztráty a náhlé změny v postupu vrtné korunky (dutiny, změna tvrdosti hornin). Bodobé zvýšení a další trvalý stav přítoků v průběhu vrtu se opakujících nasvědčoval tomu, že byly narušeny druhotně porušené horniny, a to v převážné míře na kontaktech s poruchami a stycích litologicky odlišných typů hornin. Jílové výplně i zde, až na malé vyjímky, se ukázaly nepropustnými, ale docházelo na nich k oběhu vody. Zvodnění vlastních hornin zůstalo po celou dobu relativně nízké. Celý úsek pod řečištěm se nacházel pod vlivem exogenních vlivů v úseku silně tektonicky exponovaném. V průběhu ražby prošla štola celkem 25 výraznými zlomy, z nichž tři byly rozhodující pro osud celého díla. Přítok vody během ražby činil i 640 l/min.
  6. Po vyhodnocení vrtu GP 3 byla provedena další ražba podchodu a nařízena tato opatření:

Ve vzdálenosti 150 m od jámy byla čelba znovu zastavena, aby mohl být provrden poslední vrt GP 4. vyhodnodcení vrtu upřesnilo linii zlomových pásem, zvláště zlomu č. 3. Hybridní horniny i nadále vykazovaly značně vysoký stupeň rozpukanosti a rozdrcenosti. Jílovité plochy jejich nesoudržnost ještě zvyšovaly.

Ražba tohoto úseku až do 190 m od těžní jámy probíhala za podmínek přibližně stejných, jako je popsáno v předcházející části, jen s tím rozdílem, že injektážní vrty byly prodlouženy tak, aby zapažení perforovanými pažnicemi zasáhlo celou plochu nejrozsáhlejšího zlomu č. 3.

Od 190 m, kdy se čelba dostala již mimo ohroženou oblast, byla čtyřdílná výztuž změněna opět na třídílnou s roztečí 1 m a horizontální část shybky byla vylomena až po komín pod čelbu č.8.

Rozhodující úlohu v úspěšném projití štoly zvodnělými, drcenými zlomy sehrála injektáž prováděná v předstihu před ražbou. Navrtávání vrtů pro injektáž bylo prováděno vrtnou soupravou GP 1 korunkami průměru 55 ms ohledem na obrutátory a injektážní soupravy, které byly k dispozici.

Základní snahou při injektáži bylo přetnout zlomová pásma, tím zabránit přítoku vody a současně zpevnit nesoudržné drcené horniny. Nepříznivý odklon zlomů od čelby práci velmi ztěžoval a bylo nutno vrty při injektáži těchto zlomů podstatně prodloužit a injektáž provádět etapovitě. Injektovalo se cementovou směsí.

Pro případ neúspěchu injektáže byla připravena druhá alternativa odovodnění zlomového pásma – částečné převedení toku Sázavy pomocí pilotové hráze. Projekt předpokládal místní odvedení řeky z výchozu zlomu č. 3. Délka larsenové stěny měla činit cca 70 m při průměrné výšce 8 m. Po odčerpáníé vody ze zajímkovaného prostoru se předpokládalo navrtnání 6 vrtů délky 35 m po obou stranách štoly pod úklonem 35 – 45 st. ve směru zlomu. Injektáž měla být provedena perforovanými pažnicemi. Po odvodnění zlomu v okolí shybky se počítalo s další ražbou za předpokladu, že ke zpevnění volného jádra bude za postupující čelbou vrtána soustava vějířovitě rozmístěných vrtů, ze vzdálenosti 1 – 1,5 m od sebe, která se za postupující čelbou bude injektovat do vzdálenosti 2,5 – 3 m.

Díky svědomitě provedeným pracem ale tato varianta nemusela být využita.